Archivo de junio, 2020

Barbara McClintock, la descubridora de los genes saltarines

Por Sònia Garcia (CSIC)*

A principios del siglo XX, antes del descubrimiento de la estructura del ADN, los genes no eran mucho más que entidades abstractas para la mayoría de la comunidad científica. En la Universidad de Cornell (Nueva York), una joven Barbara McClintock (1902-1992) empezaba a estudiar los genes del maíz. Aunque en aquella época aún no se permitía a las mujeres la especialización en Genética, McClintock, que se doctoró en Botánica en 1927, se convirtió en un miembro fundamental del grupo de trabajo en citogenética del maíz. La investigadora quería resolver lo que para ella era un misterio: el porqué de la diversidad de colores que se pueden encontrar en una sola mazorca de maíz, incluso dentro del mismo grano. ¿Cómo podía ser que, desarrollándose únicamente a partir del tejido de la planta maternal y por lo tanto compartiendo el mismo material genético, existiera tal variedad cromática en una mazorca?

Barbara McClintock en su laboratorio en 1947. / Smithsonian Institution Archives.

A través de la observación de los cromosomas de esta especie en el microscopio (para lo que ideó nuevos métodos de tinción), Barbara se dio cuenta de que determinados fragmentos de ADN poseían la habilidad de ‘saltar’ de un cromosoma a otro. Con este movimiento, denominado transposición, los genes responsables del color de los granos se activaban o desactivaban de una célula a otra. Estos procesos de transposición de los genes, que se dan al azar –es decir, afectando a unas semillas sí, a otras no y a otras parcialmente–, son los responsables del patrón multicolor de las mazorcas de algunas variedades de maíz.

Precursora de la revolución molecular

Con la investigación de McClintock, el mecanismo de transposición y los fundamentos de la regulación de la expresión génica se habían puesto sobre la mesa. Pero sus nuevas hipótesis chocaban con la concepción estática que se tenía de los genes en aquella época. La idea dominante era que estos se ubicaban en los cromosomas como si fueran las perlas de un collar, cada uno con una posición determinada e inalterable.

Granos de maíz de diferentes colores

Mazorcas de maíz en las que se observa el patrón de color ocasionado por los genes saltarines.

A pesar de la importancia de su descubrimiento, este fue acogido con escepticismo entre la comunidad científica, quizás porque su trabajo era conceptualmente complejo y demasiado rompedor. Ella misma interpretó hostilidad y perplejidad en las reacciones de sus colegas, pero siguió fiel a su línea de investigación. A finales de los años 70 y principios de los 80, la ‘revolución molecular’ reivindicaría las ideas de McClintock sobre los genes saltarines, denominados también transposones o elementos transponibles. Además, con posterioridad al planteamiento de su hipótesis sobre la transposición, otros investigadores demostraron su existencia en la mosca del vinagre (Drosophila melanogaster), en bacterias, levaduras o virus.

Incluso varios años después, en la década de los 90, se demostró que el carácter rugoso de los famosos guisantes de Mendel, con los que este sentó las bases de la genética, era causado por la inserción permanente de un transposón en el gen que codifica la enzima de ramificación del almidón, inactivándolo. Si esta enzima no está presente, los guisantes aumentan su contenido en azúcar. Esto promueve la acumulación de agua y su hinchamiento en una etapa temprana de su desarrollo, lo que, con la posterior deshidratación, acaba dándoles un aspecto rugoso. Al secuenciar este gen en las semillas rugosas se vio que era algo más largo que el de las semillas lisas. El fragmento adicional tenía una estructura similar a los elementos detectados en el maíz.

Guisantes

Guisantes verdes o amarillos, lisos o rugosos, como los que utilizó Mendel en sus experimentos. / Rafael Navajas.

Los elementos transponibles, claves para la evolución

Los elementos transponibles constituyen el componente más abundante de la mayoría de los genomas eucariotas. En el caso del maíz llegan al 80% y en el ser humano se estima que hasta un 45% estaría formado por este tipo de elementos. En muchas ocasiones estos genes saltarines están en realidad ya fijados en el genoma y han perdido la capacidad de moverse. Actualmente se conoce una enorme diversidad de elementos transponibles, y cada vez se comprenden mejor sus efectos.

Aunque normalmente las mutaciones aleatorias que inducen son inocuas, en algunos casos pueden generar beneficios para el organismo, mientras que en otros pueden ser perjudiciales. Existe el fenómeno de la ‘domesticación’ de elementos transponibles, en el que el genoma huésped aprovecha ciertas inserciones en su favor: por ejemplo, la presencia del transposón Alu en el gen de la enzima convertidora de la angiotensina (ECA) tiene un rol preventivo del infarto de miocardio al inactivar esta enzima, que aumentaría la presión arterial y estimularía la aparición de trombos plaquetarios. No obstante, los elementos transponibles también pueden alterar negativamente la expresión de ciertos genes y dar lugar a enfermedades como leucemias, esclerosis múltiple, lupus, psoriasis, esquizofrenia o autismo, entre otras. Se considera que más de 50 enfermedades genéticas estarían relacionadas con este tipo de secuencias, y probablemente este número irá en aumento conforme avance la investigación. Por otro lado, y aunque algunas de  las mutaciones al azar provocadas por los elementos transponibles puedan ser letales o deletéreas, han contribuido indudablemente a la evolución de las especies a lo largo de millones de años y son probablemente uno de sus principales motores.

Los trabajos de Barbara McClintock con el maíz, hace ya más de 60 años, han permitido comprender las bases de muchas enfermedades, lo que puede redundar en posibles tratamientos. Este es un excelente ejemplo de la necesidad de proteger la ciencia básica. Igual que la investigación en virus de pangolines o murciélagos, que hasta hace poco tiempo podía considerarse irrelevante para la sociedad, puede desembocar en un tratamiento efectivo de la COVID19.

Premio Nobel

Barbara McClintock, en la ceremonia de entrega de su Premio Nobel (1983). / Cold Spring Harbor Laboratory.

McClintock fue una investigadora prolífica e incansable y, aunque inicialmente sus ideas fueron cuestionadas, tuvo numerosos reconocimientos durante su trayectoria. Fue la primera mujer en convertirse en presidenta de la Sociedad de Genética de America (1944), obtuvo cuantiosas becas de la National Science Foundation y de la Rockefeller Foundation (1957), recibió la National Science Medal, entregada por el presidente de los EEUU (1971), y la MacArthur Foundation Grant, una prestigiosa y vitalicia beca de investigación. En 1983 logró el Premio Nobel en Fisiología y Medicina por su trabajo sobre los elementos transponibles, lo que la convirtió en la primera persona en obtener el galardón en solitario en esta categoría. Trabajó en su laboratorio de Cold Spring Harbor (Nueva York) hasta poco antes de morir, el 2 de septiembre de 1992, a los 90 años.

* Sònia Garcia es investigadora del Institut Botànic de Barcelona (CSIC, Ajuntament de Barcelona).

La crisis del coronavirus y el imperativo de fomentar la resiliencia de los mercados internacionales de alimentos

Por Samir Mili (CSIC)*

La crisis del coronavirus nos ha recordado repentinamente la vital importancia del buen funcionamiento de los mercados alimentarios para mantener la salud, la estabilidad y el bienestar general de las sociedades de todo el mundo. Si en España y en la mayoría de los países desarrollados el aprovisionamiento alimentario ha mostrado, por ahora, una considerable capacidad de resistencia, la situación es muy diferente para los países pobres y altamente dependientes del comercio internacional para alimentarse.

La información disponible demuestra que la pandemia surgida casi simultáneamente en la mayoría de los países amenaza, si continúa escalando y no se encuentra un remedio al virus de aquí a unos meses, con causar una gran conmoción en los mercados agrarios internacionales y desencadenar una nueva crisis alimentaria. Como en otras ocasiones, los países más vulnerables y con menor capacidad de resistir a los shocks macroeconómicos serán previsiblemente los más afectados. Muchos países pobres han visto devaluar sus monedas y ya pagan más para importar alimentos.

Vendedor de frutas fotografiado al inicio de la declaración de la pandemia de Covid-19 en el mercado de Martínez de la Torre, en la colonia Guerrero de la Ciudad de México. Este mercado cerraría después sus puertas durante semanas. Imagen: Eneas de Troya (México).

Las recientes proyecciones de la FAO (la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura) indican que el mundo podría sumar en 2020 entre 14 y 80 millones adicionales de personas desnutridas (asumiendo hipótesis de contracción del PIB entre el 2% y el 10% en función de la severidad y la duración de la epidemia), la gran mayoría de ellas ciudadanos de los países de bajos ingresos, que son los más expuestos a los rigores de la recesión económica global y más dependientes del mercado internacional de alimentos. En total, el número de pobres con inseguridad alimentaria aguda en el mundo podría alcanzar al final de este año, según Naciones Unidas, 265 millones de personas.

Los países desarrollados tampoco son inmunes, aunque el problema en este caso no es el hambre sino la falta de recursos económicos de los grupos más frágiles de la sociedad. En varias ciudades de Europa y Estados Unidos, las colas en los bancos de alimentos se extienden por cientos de metros. En estas circunstancias, incluso pequeñas acciones en los mercados, de por sí nerviosos, podrían, si aumentan los precios, provocar un gran sufrimiento.

Dependencia de importaciones de alimentos por países en 2015-17 según datos de la FAO.

Dependencia de importaciones de alimentos por países en 2015-17 según datos de la FAO. Fuente: FAO. 2020 Food Outlook – Biannual Report on Global Food Markets: June 2020. Food Outlook, 1. Rome.

Por el momento, la información de los mercados revela que la situación actual no es una crisis en la producción alimentaria, pero sí una crisis en el acceso a los alimentos, ya sea material porque los mercados están cerrados al comercio, o monetario porque las personas no tienen el dinero necesario. Esto no significa que no haya riesgos por el lado de la oferta, aunque por ahora no hay grandes penurias (los stocks alimentarios mundiales están en niveles excelentes) ni fuertes subidas de precios.

Las restricciones a los movimientos transfronterizos de bienes y servicios impuestas por los gobiernos en respuesta a la epidemia han aumentado los costes de transacción y las distorsiones en las cadenas de producción y suministro de alimentos a nivel mundial: restricciones de las migraciones de mano de obra agrícola estacional, restricciones del crédito, dificultad de vender los excedentes de producción en unos lugares y de adquirirlos en otros, etc. Estas barreras son practicables por los países más ricos y autosuficientes, pero no son factibles en los países pobres y dependientes cada vez más de los mercados internacionales para su alimentación, y pueden añadir riesgos alimentarios a los sanitarios.

Principales países importadores (en naranja) y exportadores (en amarillo) de: arroz (1), trigo (2), cereales de grano grueso (3) y semillas oleosas (4). Fuente: FAO. 2020 Food Outlook – Biannual Report on Global Food Markets: June 2020. Food Outlook, 1. Rome.

Mientras no haya cambios en los modelos actuales de acceso a los mercados, es importante que las restricciones no afecten negativamente al comercio de productos agroalimentarios, con el fin de evitar su impacto adverso en la seguridad alimentaria, la nutrición y la salud de las poblaciones vulnerables. Es necesario que las medidas de estímulo económico instrumentadas para paliar los efectos de la epidemia se centren en garantizar el buen funcionamiento de las cadenas de suministro alimentario, protegiendo al mismo tiempo el mayor acceso a los alimentos producidos tanto a nivel local y regional como nacional y global. El comunicado conjunto de la FAO, la OMS (Organización Mundial de la Salud) y la OMC (Organización Mundial del Comercio) del 30 de marzo incluye recomendaciones pertinentes en esta dirección.

Las políticas proteccionistas, motivadas por la incertidumbre o el temor a la escasez, pueden ser particularmente perjudiciales, desde una perspectiva global. El problema no es nuevo, los datos muestran insistentemente que las consecuencias disruptivas de los flujos comerciales golpean especialmente a las personas más pobres, que gastan la mayor parte de sus ingresos en alimentarse. Lo que a su vez exacerba la amenaza a la salud pública de la pandemia.

Principales países importadores (en naranja) y exportadores (en amarillo) de: productos de pesca (1), carne (2), azúcar (3) y leche y derivados (4). Fuente: FAO. 2020 Food Outlook – Biannual Report on Global Food Markets: June 2020. Food Outlook, 1. Rome.

Debido a que en las dos últimas décadas la mayoría de los países se han vuelto más dependientes de las importaciones, es fundamental que la interrupción causada por el coronavirus no desencadene una ruptura de los flujos alimentarios. Un aspecto inquietante consiste en las restricciones a la exportación implementadas por países como Ucrania, Kazajistán y Rusia para el trigo o Vietnam para el arroz. Por ahora son una decena de países y las restricciones son relativamente modestas, afectando sólo al 5% de las calorías intercambiadas en el mundo.

Sin embargo, si la crisis se prolonga en el tiempo, se corre el riesgo de volver a caer en los acontecimientos de 2007-08, cuando se produjeron los llamados disturbios del hambre en 33 países, con reacciones de pánico en los mercados, un importante aumento de las restricciones a la exportación por 19 países, una fuerte acumulación de aprovisionamientos y especulación en los precios. Entonces 75 millones de personas fueron empujadas al hambre. Por ahora no estamos ante un aumento masivo en los precios internacionales, dados los elevados niveles de existencias y los bajos precios energéticos (petróleo) y costes de transporte, pero no es un escenario que se pueda excluir si los países pierden la calma.

Principios del comercio justo. Fuente: World Fair Trade Organization (WFTO) Latinamerica.

Los citados desafíos que plantea la actual pandemia para la seguridad de los suministros alimentarios a nivel mundial inducen a repensar los niveles deseables de la globalización, así como las necesarias transformaciones en el comercio transnacional de alimentos con vistas a hacerlo más sostenible y resiliente. El CSIC, con su amplia trayectoria en el análisis científico de los intercambios comerciales en el contexto de la economía del desarrollo y de las relaciones internacionales, participa activamente en estos debates. Además, en la actualidad el CSIC apoya de forma prioritaria aquellas iniciativas científicas que se sitúan dentro del ámbito de la Agenda 2030 de Desarrollo Sostenible de Naciones Unidas, cuyos 17 objetivos están en su mayoría relacionados directa o indirectamente con la reducción de la pobreza y la mejora de los niveles de seguridad alimentaria, nutrición y salud en todo el mundo.

*Samir Mili es investigador del Instituto de Economía, Geografía y Demografía (IEGD) del CSIC.

Este artículo forma parte de la serie de reflexiones titulada: ‘Sistema agroalimentario en un mundo post COVID-19’, una iniciativa del grupo de investigación Sistemas Agroalimentarios y Desarrollo Territorial del Instituto de Economía, Geografía y Demografía del CSIC. Otros textos publicados de esta misma serie: Coronavirus, presupuesto europeo y Política Agraria Común (PAC): ¿vuelta a la casilla de salida?

La ‘huella olfativa’: ¿es posible identificar a una persona por su olor?

Por Laura López Mascaraque (CSIC) *

Hace cien años, Alexander Graham Bell (1847-1922) planteaba lo siguiente: “Es obvio que existen muchos tipos diferentes de olores (…), pero hasta que no puedas medir sus semejanzas y diferencias, no existirá la ciencia del olor. Si eres ambicioso para encontrar un tipo de ciencia, mide el olor”. También decía el científico británico: “Los olores cada vez van siendo más importantes en el mundo de la experimentación científica y en la medicina, y, tan cierto como que el Sol nos alumbra, es que la necesidad de un mayor conocimiento de los olores alumbrará nuevos descubrimientos”.

A día de hoy la ciencia continúa investigando el olfato y sus posibles aplicaciones. De momento sabemos, al menos, que detectar y clasificar los distintos tipos de olores puede ser extremadamente útil. El olfato artificial, también llamado nariz electrónica, es un dispositivo que pretende emular al sistema olfativo humano a fin de identificar, comparar y cuantificar olores.

Los primeros prototipos se diseñaron en los años sesenta, aunque el concepto de nariz electrónica surge en la década de los ochenta, definido como un conjunto de sensores capaces de generar señales en respuesta a compuestos volátiles y dar, a través de una adecuada técnica de múltiples análisis de componentes, la posibilidad de discriminación, el reconocimiento y la clasificación de los olores. El objetivo de la nariz artificial es poder medir de forma objetiva (cuantitativa) el olor. Se asemeja a la nariz humana en todas y cada una de sus partes y está formada por un conjunto de sensores que registran determinadas señales como resultados numéricos, y que un software específico interpreta como olores a través de algoritmos.

Los sensores de olores –equivalentes a los receptores olfativos situados en los cilios de las neuronas sensoriales olfativas del epitelio olfativo– están compuestos por materiales inorgánicos (óxido de metal), materiales orgánicos (polímeros conductores) o materiales biológicos (proteínas/enzimas). El uso simultáneo de estos sensores dentro de una nariz electrónica favorece la respuesta a distintas condiciones.

Comentábamos en otro texto en este mismo blog cómo se puede utilizar el olfato, y en particular el artificial, en el área de la medicina (mediante el análisis de aliento, sudor u orina), para el diagnóstico de enfermedades, sobre todo infecciones del tracto respiratorio. De hecho, en la actualidad se está estudiando la posibilidad de desarrollar y aplicar narices electrónicas para detectar la presencia o no del SARS-CoV-2 en el aliento de una persona, y ayudar así en el diagnóstico de la Covid-19. Pero lo cierto es que su desarrollo podrá tener otras muchas aplicaciones: seguridad (detección de explosivos y drogas, clasificación de humos, descubrimiento de agentes biológicos y químicos), medioambiente (medición de contaminantes en agua, localización de dióxido de carbono y otros contaminantes urbanos o de hongos en bibliotecas), industria farmacéutica (mal olor de medicamentos, control en áreas de almacenamiento) y agroalimentación (detección de adulteración de aceites, maduración de frutas, curación de embutidos y quesos).

De la ‘huella olorosa’ a la odorología criminalística

Las nuevas generaciones de sensores también pueden servir para detectar ese olor corporal personal conocido como huella aromática u olfativa. Esta podría llegar a identificar a una persona como ocurre con la huella digital. Helen Keller (1880-1968) esbozó la idea de que cada persona emite un olor personal, como una huella olfativa única e individual. Para ella, que se quedó sordociega a los 19 meses de edad a causa de una enfermedad, esta huella tenía un valor incalculable y le aportaba datos como el oficio de cada una de las personas con las que tenía relación. Y no se trata del perfume, sino que cada uno de nosotros tenemos un olor particular, un patrón aromático, compuesto por secreciones de la piel, flora bacteriana y olores procedentes de medicamentos, alimentos, cosméticos o perfumes. Este patrón podría emplearse, en el futuro, para la identificación personal e incluso en investigación criminalística para la localización de delincuentes.

 

Ilustración de Lluis Fortes

Ilustración de Lluis Fortes

La odorología criminalística es una técnica forense que utiliza determinados medios y procedimientos para comparar el olor de un sospechoso con las muestras de olor recogidas en el lugar del crimen. De hecho, en algunos países se permite usar como prueba válida la huella del olor. Así mismo, científicos israelíes están desarrollando una nariz electrónica que pueda detectar la huella aromática de seres humanos a nivel individual como si se tratase de una huella digital. Este olor particular está determinado genéticamente y permanece estable a pesar de las variaciones en el ambiente y la dieta. Por tanto, el olor proporciona un rastro reconocible de cada individuo que puede detectarse por la nariz, por un animal entrenado o utilizando instrumentos químicos más sofisticados.

Las narices electrónicas están todavía lejos de imitar el funcionamiento del olfato humano, pero para algunas aplicaciones este último tiene algunos inconvenientes, como la subjetividad en la percepción olfativa, la exposición a gases dañinos para el organismo o la fatiga y el deterioro que implica la exposición constante a estas pruebas. Por tanto, las narices electrónicas resultan un mecanismo rápido y confiable para monitorizar de forma continua y en tiempo real olores específicos.

* Laura López Mascaraque es investigadora del Instituto Cajal del CSIC y autora, junto con José Ramón Alonso, de la Universidad de Salamanca, del libro El olfato de la colección ¿Qué sabemos de? (CSIC -Catarata).

 

 

Ocho civilizaciones africanas que todo el mundo debería conocer

Por Sirio Canós Donnay (CSIC)*

Durante muchos años, a África se le ha negado su papel en la historia de la humanidad. A pesar de su gran importancia, el pasado del continente africano es poco conocido más allá de por albergar los orígenes de nuestra especie y el Egipto faraónico. Afortunadamente, poco a poco vamos sabiendo más de los cientos de civilizaciones y culturas que han poblado la historia africana y de su papel fundamental en la historia global. Repasamos aquí algunas de ellas:

1. Kush (siglos X a. C.-IV d. C.)

Pirámides de Kush

Pirámides en el cementerio real de Mëroe. / Nina R (CC-BY-SA-2.0).

Cuando hablamos de pirámides, tendemos a pensar inmediatamente en Egipto. Sin embargo, el país con más pirámides del mundo no es Egipto, sino Sudán, que cuenta con más de 300, aunque de menor tamaño que las de su vecino septentrional. Muchas de estas pirámides se encuentran en el cementerio real de Mëroe (en la imagen), y albergan los restos de sus reinas y reyes.

2. Aksum (siglos I-X d. C.)

Imagen de estelas de Aksum

Estelas de Aksum, Etiopía. / Rod Waddington (CC-BY-SA-2.0).

Al sudeste de Mëroe, en la actual Etiopía, encontramos Aksum, la capital del imperio del mismo nombre, que se convirtió en el estado más poderoso de la región tras el declive de Kush. Sus enormes ruinas incluyen cientos de estelas de hasta 33 metros de altura, que representan edificios de hasta 13 pisos (con sus puertas y ventanas grabadas en la piedra) y fueron erigidas para conmemorar personajes notables y/o que se lo pudieran sufragar.

3. Tichitt Walata (siglos XX-V a. C.)

Ruinas de asentamientos de Tichitt Walata en la actual Mauritania. / Augustin F.C. Holl.

Al sur del Sáhara, en la actual Mauritania, encontramos las ruinas sorprendentemente bien conservadas de la civilización de Tichitt Walata. Sus enormes asentamientos de piedra seca de hasta 80 hectáreas ocupan un territorio de 200.000 kilómetros cuadrados, y datan de una época en la que no existía nada que se acercara ni remotamente a esa escala en Europa.

4. Jenne-Jeno (siglos III a. C.-IX d. C.)

Escultura de terracota ubicada en el Musée National du Mali

Imagen cedida por el Musée National du Mali.

Jenne-Jeno, en el actual Mali, fue una de las primeras ciudades al sur del Sáhara y una prueba de que es posible una ciudad sin necesidad de grandes jerarquías. En vez de organizarse en torno a un solo núcleo urbano dirigido por unas élites, sus habitantes se dividieron en barrios, cada uno sobre un montículo, separado del resto y ocupado por profesiones distintas (herreros, pescadores, alfareros), ninguno más rico o poderoso que los otros. Jenne-Jeno desarrolló además una tradición escultórica muy sofisticada (ver terracota en la imagen), de la que desgraciadamente sabemos poco debido al saqueo de muchas de sus piezas.

5. Costa Swahili (siglos X-XVI d. C.)

Restos de las mezquita de Kilwa Kisiwani

Restos de las mezquita de Kilwa Kisiwani. / Janetmpurdy (CC-BY-SA-2.0).

La costa oriental de África ha sido desde principios de nuestra era un nodo fundamental en las redes de comercio del Océano Índico, que conecta el interior del continente con Arabia, India y China. A partir del siglo X d. C., surgieron desde Somalia hasta Mozambique una serie de ciudades-estado costeras gobernadas por élites mercantiles swahilis, que se hicieron rápidamente con el control del comercio índico. Una de ellas fue Kilwa Kisiwani, en la actual Tanzania, que en el siglo XIV fue descrita por el viajante árabe Ibn Battuta como una de las ciudades más bellas y mejor construidas del mundo. Entre sus muchos edificios monumentales destacaba su mezquita (en la imagen), construida con roca de coral y decorada con bóvedas de porcelana china.

6. Gran Zimbabue (siglos VII-XV d. C.)

Torre cónica ubicada en el gran recinto de las ruinas de Gran Zimbabue. / Andrew Moore (CC-BY-SA-2.0).

Cuando los primeros europeos llegaron a Gran Zimbabue en el siglo XIX se quedaron tan impresionados con el tamaño y la arquitectura de sus ruinas que dijeron haber encontrado la capital de la Reina de Saba. Aunque la conexión bíblica es más que dudosa, Gran Zimbabue fue sin duda alguna un gran centro político y comercial, famoso por sus minas de oro. Es además el único yacimiento arqueológico que ha dado el nombre a un país y aparece en su bandera: el pájaro de su izquierda es una escultura que se encontró durante las excavaciones.

7. El imperio de Mali (siglos XIII-XVI d. C.)

Fragmento del Atlas Catalán (1375) atribuido al iluminador Cresques Abraham y conservado desde el mismo siglo XIV por la Biblioteca Real de Francia, actualmente la Bibliothèque National de France

Fragmento del Atlas Catalán (1375) atribuido al geógrafo, cartógrafo e ilustrador mallorquín Cresques Abraham, donde aparece el emperador de Mali ofreciendo una gran pepita de oro a un comerciante árabe. / Fuente: Bibliothèque National de France.

El imperio de Mali, del que se deriva el nombre del actual país, llegó a controlar gran parte del África occidental, desde la costa a Burkina Faso y de Mauritania a Sierra Leona. Su emperador más famoso, Mansa Musa (que aparece sentado en su trono en el mapamundi mallorquín de la imagen) ha sido reconocido como la persona más rica de la historia de la humanidad, muy por encima de Bill Gates y Jeff Bezos. Y no sin motivo: en su viaje a El Cairo en el año 1.324, llevó consigo tanto oro que devaluó el precio en la ciudad durante más de dos décadas.  En el mismo viaje, conoció al poeta y arquitecto granadino Abu Ishaq al-Sahili, al que se trajo de vuelta a Mali para que diseñara mezquitas y redecorara la sala del trono.

8. Benín (siglos VI d. C.-actualidad)

La ciudad de Benín en 1668 según el holandés Olfert Dapper.

La ciudad de Benín, en la actual Nigeria, desarrolló un sistema de murallas de más de 16.000 kilómetros de largo, el cual conectaba 500 asentamientos distintos sobre una superficie de 6.500 kilómetros cuadrados. Aunque poco conocidas, estas murallas son la segunda mayor estructura humana del mundo, solo por detrás de la Gran Muralla China.

 

* Sirio Canós Donnay es arqueóloga africanista e investigadora Marie Curie en el Instituto de Ciencias del Patrimonio (INCIPIT) del CSIC.

Sumérgete en el océano desde casa: una propuesta del CSIC para explorar los ecosistemas marinos

Por Mar Gulis (CSIC)

3, 2, 1… ¡Al agua! Este viaje comienza con los habitantes más pequeños del océano: protozoos, microalgas, virus, bacterias y animales microscópicos como los tardígrados o las pulgas de agua. Aunque no los vemos a simple vista, son millones de seres diminutos que cumplen un papel esencial para el funcionamiento de los ecosistemas marinos. Este fascinante micromundo te espera en ‘El océano en casa’, un proyecto del Instituto de Ciencias del Mar (ICM-CSIC) que ofrece todo tipo de materiales para que el público infantil se sumerja en las aguas oceánicas sin moverse del sofá.

Solo tenéis que entrar en su web y elegir entre varios bloques temáticos que dan a conocer la biodiversidad marina y la importancia de los mares en nuestro día a día. Si os decantáis por el epígrafe ‘Un océano con muchas características’, encontraréis lecturas, dibujos para colorear o rompecabezas y enigmas sobre los distintos ambientes marinos que hay en el planeta. También podréis probar el juego ‘De tierra o de mar’ o experimentar el viaje que realiza un grano de arena desde los Pirineos hasta el cañón de Palamós.

La web del proyecto, cuyos contenidos fueron inicialmente publicados en catalán y ahora se han traducido al castellano, está llena de recursos para niñas y niños curiosos. Por ejemplo, los epígrafes ‘El océano: un mar de ríos’, ‘Las praderas del mar’ y ‘Animales del océano’ incluyen animaciones de la NASA, experimentos caseros, unidades didácticas y hasta cuentos y cómics para aprender qué son las corrientes marinas, ver prados de posidonia y conocer la diversidad animal que esconden mares y océanos.

El viaje no ha hecho más que empezar, porque el bloque titulado ‘El océano y nosotros/as’ está repleto de contenidos para seguir buceando y descubriendo organismos fascinantes. A través de varios vídeos, en el primer apartado, dedicado a las medusas, entenderéis por qué estos animales nos pican cuando nos bañamos en la playa, qué necesitamos para identificarlos y cómo actuar en caso de una picadura. Quienes quieran saber más sobre estos extraños invertebrados podrán también participar en el proyecto de ciencia ciudadana ‘Observadores del mar’.

La aventura continúa con ‘Buques oceanográficos’, donde encontraréis información sobre las grandes embarcaciones donde muchos científicos y científicas investigan a la vez el océano. Si estáis listos para embarcar, buscad el vídeo que os llevará a bordo del Sarmiento de Gamboa, uno de los buques oceanográficos del CSIC.

Hay más. Los epígrafes ‘El fitoplancton’, ‘Basura marina’ y ‘Océano y atmósfera’ contienen audiovisuales para descubrir ese universo de microbios y pequeños organismos acuáticos o calibrar el impacto que tienen los microplásticos y otros residuos en el mar. En esos apartados se puede acceder a otro montón de actividades para realizar en casa: experimentos, guías didácticas o incluso fichas para colorear y entender el ciclo del agua.

Si el mundo marino os engancha, estad atentos a la web de ‘El océano en casa’ porque habrá nuevos contenidos. ¡Y participad! El Instituto de Ciencias del Mar os anima a enviar comentarios, preguntas o sugerencias a la dirección de correo electrónico oceanliteracy@icm.csic.es. Al otro lado de la pantalla, alguien dedicado a investigar el universo marino os contestará.

 

 

La importancia de la ciencia básica: ¿cómo se inventó la PCR?

Por Carlos Pedrós-Alió y Mar Gulis (CSIC)*

En las últimas semanas la prueba PCR (siglas en inglés de ‘Reacción en Cadena de la Polimerasa’) se ha hecho muy popular como herramienta para el diagnóstico del coronavirus SARS-CoV-2. Sin embargo, esta técnica se lleva utilizando desde finales del siglo pasado en laboratorios de todo el mundo para localizar y amplificar fragmentos de material genético con un enorme éxito. Sin ella, por ejemplo, no habrían sido posibles la secuenciación del genoma humano, las pruebas de paternidad, muchos desarrollos de la medicina forense o la identificación de víctimas de la guerra civil española enterradas en fosas comunes.

Lo que aún menos personas saben es que la PCR tiene una historia impredecible, como tantas en ciencia, que comienza hace más de 50 años con un organismo tan exótico como poco prometedor.

Thomas D. Brock tomando muestras de tapetes microbianos en Yellowstone. / T. D. Brock.

En septiembre de 1966 Thomas D. Brock estaba en el Parque Nacional de Yellowstone estudiando los microorganismos que vivían en fuentes termales. Poco antes de finalizar el trabajo de campo, Brock y su estudiante Hudson Freeze recogieron muestras de Mushroom Spring (el manantial del hongo) para intentar aislar unos microorganismos que for­maban tapetes de color anaranjado. De regreso en el labo­ratorio en la Universidad de Indiana, sembraron placas de cultivo y las incubaron en diferentes medios a 70 grados. El microorganismo anaranjado no creció, pero en algunas placas apareció una nueva bacteria que podía crecer hasta los 78 grados y que no podía hacerlo por debajo de los 45. Claramente se trataba de un nuevo organismo termófilo, es decir, adaptado a las altas temperaturas. Brock y Freeze realizaron entonces las pruebas necesarias para describir el organismo y le pusieron el nombre de Thermus aquaticus.

El relato concluiría aquí si no fuera porque en 1989 David H. Gelfand tuvo la idea de utilizar un microorganismo termófilo para mejorar una técnica creada poco antes en su misma empresa, Cetus, por Kary Mullis: la PCR.

La PCR es una especie de fotocopiadora molecular que permi­te realizar tantas copias como se quiera de un fragmento de ADN seleccionado. La forma de seleccionar este fragmento y no otro consis­te en mezclar el ADN de la muestra que se va a analizar con dos pequeños fragmentos de ADN que se denominan ceba­dores. Al calentar la muestra con estos cebadores, la doble cadena se separa. Al enfriarla a continuación, los cebadores se hibridan con el fragmento de ADN complementario de su se­cuencia. Si los hemos elegido correctamente, nuestros ceba­dores se unirán al principio y al final del gen que buscamos. En este momento, añadimos la enzima que duplica el ADN, la ADN polimerasa, para que se una al cebador y comience a replicar el ADN. La enzima no puede replicar una cadena de ADN a menos que parta desde un cebador, de ahí el nom­bre.

Al cabo de un rato, volvemos a calentar la mezcla, con lo que las cadenas se vuelven a separar. Volvemos a enfriar y ahora tendremos el doble de copias del ADN de interés. Si añadimos más polimerasa, volveremos a repetir el ciclo, pero esta vez tendremos ocho copias. El proceso va aumentando el número de copias del fragmento de interés de forma expo­nencial, de manera que, al cabo de 20 o 30 ciclos, la mayor parte del ADN consiste en copias idénticas de nuestro gen de interés. Una vez conseguido esto, lo podemos secuenciar con facilidad.

Pasos de la PCR. En 1 tenemos una molécula de ADN (en blanco), dentro de la cual está el fragmento A que nos interesa (en negro). En 2 las dos cadenas del ADN se separan al calentarlas. En 3 añadimos los cebadores. Bajamos la temperatura y los cebadores y se unen a las zonas del ADN complementarias. En 4 añadimos la ADN polimerasa que anclándose en el cebador, “lee” la secuencia de bases de la cadena madre y sintetiza la cadena hija complementaria. En 5, después de un tiempo adecuado, tenemos cuatro copias del fragmento A y solamente 2 del resto del ADN. 

Como hemos dicho, la técnica era el resultado de una idea brillante de Kary Mullis, que recibió el Premio Nobel por este descubrimiento en 1993. Sin embargo, la idea original tenía un problema: en cada ciclo, al calentar la muestra, la polimerasa se desnaturalizaba y había que volver a añadir más enzima. Esto hacía que la técnica resultara muy laboriosa y poco eficiente.

Fue entonces cuando a David H. Gelfand se le ocurrió utilizar la enzima de un microorganismo termófilo. De esta manera la enzima no se desnaturalizaría y se podría volver a utilizar en el siguiente ciclo. Gelfand probó las enzimas de un gran número de bacterias termófilas y la mejor resultó ser la de la bacteria que Thomas D. Brock había aislado dos décadas antes. En 1989 David H. Gelfand y otros científicos de la em­presa Cetus registraron una patente para realizar la técnica de la PCR con una enzima extraída de Thermus aquaticus: la Taq polimerasa.

Del hallazgo a la aplicación práctica

La historia anterior tiene muchas moralejas que conciernen a la ciencia. La primera es que entre un descubrimiento y su aplicación práctica pasan muchos años. Trascurrieron 20 años hasta que la bacteria aislada en Yellowstone por un ecólogo microbiano fue utilizada en una patente por un biólogo molecular que trabajaba para una de las primeras empresas de biotecnolo­gía. La aplicación de esa técnica a la ciencia forense toda­vía se demoró unos cuantos años más. Pero en 1996 la PCR permitió por primera vez liberar a un falso culpable de la cárcel: el uso de esta técnica hizo posible declarar inocente a Kevin Green, un hombre que había sido encarcelado 16 años antes en California de forma errónea por un crimen de violación.

Mushroom Spring (el manantial del hongo) en el Parque Nacional de Yellowstone. / NPS Photo.

Nadie hubiera podido prever en 1965 que el proyecto de investiga­ción que Brock presentó a la National Science Foundation (NSF) iba a tener consecuencias prácticas 30 años después. Afortunadamente, los evaluadores de la NSF se basaron en la calidad científica del proyecto y de su investigador principal para aprobarlo y, en consecuencia, financiarlo. Y esta es la segunda conclusión. Las aplicaciones de la investigación básica no se pueden predecir.

Tanto en la Unión Europea como en nuestro país, las instituciones tienen una gran preocupación por financiar la investigación que resulte beneficiosa para la sociedad. Las frases que se han puesto de moda son “mejorar la calidad de vida de los europeos” y “realizar la investigación que pide la sociedad”. Si estos hubieran sido los criterios para evaluar el proyecto de Brock, este no se habría financia­do y Kevin Green tal vez seguiría en prisión.

Pero es que la PCR no solamente se utiliza en esos casos. Por ejemplo, el caso Maeso, el anestesista que contagió la hepatitis a muchos pacientes en un hospital de Valencia, se resolvió gracias a la PCR. Actualmente, la técnica se emplea en miles de laboratorios de medicina, de antropología y de biología en todo el mundo y genera anualmente un negocio de 20.000 millones de euros, además de mantener muchos puestos de trabajo.

Cuando Brock decidió estudiar las fuentes termales de Yellowstone no estaba pensando en mejorar la calidad de vida de los americanos, hacer la investigación que pedía la sociedad o desarrollar pruebas médicas para controlar una pandemia. ¿Alguien puede imaginar a la sociedad pidiendo que se investigaran los exóticos microbios que vivían en las fuentes termales de Yellowstone?

En lo que estaba pensando Brock era en buscar los límites de la vida, estaba embarcado en una empresa intelectual formidable que le empujaba a de­dicar todos sus esfuerzos a entender mejor el funcionamiento de la naturaleza. Al igual que los artistas de vanguardia, sentía pasión por ir más allá de la superficie de las cosas, superarse, buscar algo nuevo que nadie había imaginado hasta ese mo­mento. En cualquier caso, el hecho de que las aplicaciones de un descubrimiento científico sean totalmente imprevisibles demuestra que la investigación básica no solamente es im­prescindible (sin ella no puede haber aplicaciones), sino que no puede ser dirigida.

 

* Carlos Pedrós-Alió es investigador del Centro Nacional de Biotecnología del CSIC y autor del libro La vida al límite (CSIC-Catarata).